有限元分析法研究脊柱生物力学的新进展

近20年来,有限元分析法在脊柱生物力学研究领域中已得到日益广泛的应用.本文就近10年来国外学者用有限元法研究脊柱生物力学的新进展作以综述.详细介绍了椎体、后部结构、间盘、韧带、肌肉组织在生理及病理情况下的生物力学特性,及不同术式、内固定器械对脊柱生物力学的影响;介绍了用有限元法研究某些疾病发病的力学机制的新成果;展望了有限元法应用于脊柱生物力学研究的前景.     

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本文归纳整理了近3年来使用有限元分析方法研究脊柱生物力学的主要工作，总结了有限元建模方法在建立微观结构以更细致化、常见椎骨参数权重的个性化研究、采用新标定校准和赋值方法使模型更准确化、自动化分网赋值方法4个方面的发展,及其在植入器械设计评估、椎间盘生物力学、异常脊柱结构生物力学、动态仿真4个脊柱生物力学应用方向的主要研究进展。并结合最新的研究趋势，对有限元法在创伤机理研究、手术模拟、新药评估等方面的应用前景进行展望。     

有限元法在脊柱生物力学应用中的新进展

本文归纳整理了近3年来使用有限元分析方法研究脊柱生物力学的主要工作,总结了有限元建模方法在建立微观结构以更细致化、常见椎骨参数权重的个性化研究、采用新标定校准和赋值方法使模型更准确化、自动化分网赋值方法4个方面的发展,及其在植入器械设计评估、椎间盘生物力学、异常脊柱结构生物力学、动态仿真4个脊柱生物力学应用方向的主要研究进展。并结合最新的研究趋势,对有限元法在创伤机理研究、手术模拟、新药评估等方面的应用前景进行展望。     

三维有限元分析在脊柱生物力学中应用研究

三维有限元分析方法作为脊柱生物力学研究方法之一,随着人们对脊柱力学特性的认识,有限元分析软件在国内外不断开发与应用,不但促进了有限元技术的发展,而且推动着脊柱生物力学研究更深入发展。作者从有限元法概念及原理、脊柱有限元模型构建、颈椎和腰椎三维有限元应用、内固定器械三维有限元分析等方面综述了近年来的一些研究进展。     

有限元法在足踝生物力学研究中的应用进展

有限元法以其高效、精确、可重复利用等特点成为生物力学研究的有效工具。由于足踝部位复杂的解剖结构和运动特性,有限元法可以借助强大的仿真建模和数据计算能力解决真实实验难以解决的问题,具有独特的优势并得到了广泛应用。本文归纳整理了近5年来国内外应用有限元法研究足踝生物力学问题的文献资料,从足踝在不同运动状态下的生物力学分析、组织特性研究、临床治疗分析以及支具与鞋的研究4个方面进行综述,为足踝生物力学的研究提供理论参考,并对未来有限元法在足踝生物力学领域的应用发展提供新思路。     

有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸治疗及病因研究中的应用

青少年特发性脊柱侧凸发病率较高且病情复杂,对青少年身心健康可造成显著影响,但其因病因不明,临床尚未形成治疗共识。近年来基于患者医学影像进行仿真建模的有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸治疗及其病因研究中已经有了一系列的应用。本文即从非手术治疗、手术治疗、病因研究、现有局限等角度对有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸中的应用进行综述,以期为临床实践及相关研究提供参考。     

我国脊柱生物力学研究现状

引言 脊柱伤病在临床上颇为多见,医学工作者曾为改进诊断和治疗,探讨脊柱疾患进行过不懈的努力,但仍有不少问题尚未明了。近二、三十年来随着生物力学的发展,得知脊柱伤病的许多问题都与力学密切相关。本文试就我国脊柱生物力学在这一问题上的研究作一简要回顾。     

脊柱生物力学2023年度研究进展

脊柱是人体最重要的骨骼结构之一。 它具有保护脊髓、支持体重、减缓冲击,并允许躯干灵活运动的功能。脊柱生物力学研究对于全面认识脊柱结构功能、疾病发病机制意义重大。 2023 年,国内外学者开展了大量脊柱相关的生物力学研究,包括脊柱基础生物力学的认知,病理条件下脊柱力学特性改变,以及基于生物力学研究基础设 计的各种治疗脊柱疾病办法。 本文着重分析脊柱生物力学 2023 年度研究进展,并以几种较为典型的脊柱疾病或病理状态为例进行详解介绍。     

脊柱内固定的生物力学

近２０年来,脊柱内固定技术得到了十分迅猛的发展。随着脊柱内固定技术在临床上越来越广泛的应用,脊柱外科正呈现出一派欣欣向荣的景象：不同种类脊柱内固定器械的问世和推广难免使人有目不暇接之感,而微创技术的进展又使手术技术发生了质的飞跃。目前脊柱内固定手术不仅可在从枕颈部至骶骨的整个脊柱上完成,而且其适应症也包括了创伤、畸形、肿瘤、感染以及退变性疾患等几乎所有脊柱疾患。本文结合有关文献,对脊柱内固定的生物力学原则及研究进展作一简要综述。 一、脊柱内固定的生物力学原则 脊柱内固定应遵循以下生物力学原则［‘］…     

有限元法在腰椎生物力学应用中的研究进展和展望

本文基于有限元分析在脊柱生物力学应用中的背景和意义,回顾了有限元法在腰椎力学应用中的研究进展,并对其应用前景进行了展望。本文重点归纳整理了有限元法在腰椎本体建模、临床应用研究和职业损伤防护等方面的研究进展,得出有限元法在腰椎生物力学应用中的主要研究方向:建模过程的精细化、仿真方法的更优化、适用临床评估的多样化和人工腰椎间盘的临床化。最后结合最新的研究进展和热点方向,对有限元法在腰椎建模的自动化和个性化、新型术式的评估和分析、损伤机理和动态响应仿真等方面的应用前景进行了展望。本文通过对有限元法在腰椎生物力学领域中的应用研究进行回顾和展望,以期为临床腰椎问题提供更加全面系统的理论参考和实践指导。     

脊柱生物力学的有限元法研究进展

背景：有限元分析法可取代传统的生物力学实验法进行数字化仿真,重复实验分析,在脊柱生物力学研究中的运用日益广泛且深入。 目的：旨在强调运用有限元法对脊柱解剖,脊柱疾病,脊柱相关手术,以及脊柱的有限元模型的建立进行简要的阐述。 方法：以“有限元;脊柱”为检索词,检索Pubmed文献检索数据库以及中国知网数据库2000-01/2010-08文献。选择文章主要内容与脊柱的有限元分析直接相关的、针对性强、代表性好、相关领域权威杂志的文章共44篇进行综述。 结果与结论：有限元方法将发挥它低成本,可重复性强的特点,在深化理论研究的同时,还将为临床上提高对疾病发生、发展的认识,以及选择个体化治疗方案提供可靠的依据。有限元研究已经成为数字医学的重要组成部分。利用有限元方法人们进一步加深了对脊柱生物力学特性的认识。     

陈旧性胸腰椎骨折相关因素的探讨

胸腰椎骨折是脊柱骨折中最常见的类型，随着临床医生对胸腰椎骨折生物力学的进一步认识及脊柱内固定器械的迅速发展和广泛应用，多数胸腰椎骨折病人获得了正确及时的处理；远期因陈旧性骨折来就诊的人数减少。骨折因未及时治疗或治疗不当导致僵硬的后凸畸形，进而导致脊柱不稳、局部疼痛、畸形和神经功能障碍。这时多需手术治疗，但是手术难度大、并发症多、术式多样化及选择困难，手术效果不如新鲜骨折满意。本文对其发生原因、生物力学、手术适应症、手术策略和疗效评估作一综述。     

脊柱离体运动加载方法研究进展

离体脊柱生物力学测试研究对于理解和掌握脊柱的功能、损伤、退行性变以及脊柱植入物的影响均有重要的意义。脊柱生物力学的研究包括对脊柱的加载方法及脊柱运动状态的描述两个方面,脊柱的加载方法主要经历了从逐级加载到连续加载的过程。本文针对脊柱生物力学研究现状,分析国内外相关文献资料,总结了现有脊柱离体运动加载研究方法并对其进行了综述,为今后脊柱运动加载研究提供一定的参考和帮助。     

细胞-分子生物力学研究进展

细胞-分子生物力学作为生物力学的重要分支,近三十年来在力学-生物学、力学-化学耦合等方面取得了重大进展,已成为生物力学乃至生物医学工程领域最活跃的领域,并对生物学、医学乃至农业产生了重要影响。本文介绍了细胞-分子生物力学研究领域的基本概念、科学问题和研究方法,并讨论了尚待解决的问题。     

数字化技术在颞下颌关节生物力学研究中的应用

目的:探讨近年来颞下颌关节生物力学研究的进展和发展趋势.方法:在 CNKI及Pubmed等数据库中检索近年来颞下颌关节生物力学研究的相关文献,总结颞下颌关节生物力学研究的发展、最新进展及未来趋势.结果:以三维有限元法为代表的数字化技术被广泛运用到颞下颌关节生物力学研究之中.在不同颌位及关节运动时,颞下颌关节各部有不同的生物力学分布特点.结论:数字化技术为颞下颌关节生物力学的研究提供了直观、便捷、准确的研究工具和技术支持.     

基于CT图像和逆向工程方法建立正常人体腰椎三维有限元模型◆

背景：利用有限元法可以分析静止及活动时正常脊柱的生物力学,并预测应力时的风险。 目的：建立腰椎L3~L5三维有限元模型。 方法：选取一名健康30岁男性志愿者L3~L5薄层CT扫描图像,使用工具软件 Geomagic 和 Ansys,应用逆向工程原理构建三维有限元模型,设定边界条件进行加载,记录角位移及应力集中部位,计算模型的平均刚度。 结果与结论：建立L3~L5椎体三维有限元模型,包括椎体、韧带、椎间盘、纤维环和小关节,模型总单元数51 905个,通过定量和定性两方面验证模型有效。说明所建立的L3~L5椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特征,可用于进一步脊柱生物力学研究。     

弯矩作用下姿势性脊柱后凸的生物力学响应

背景：关于脊柱后凸的生物力学研究大多集中在躯干肌肉力量以及矢状面平衡等方面，关于脊柱后凸过程中脊柱内部的生物力学响应鲜有报道。目的：通过模拟姿势性脊柱后凸过程，探究姿势性脊柱后凸过程中脊柱的生物力学响应。方法：建立正常人胸腰段三维有限元模型(T₁-S₁节段)，通过在T₁、T₆、T₁₂椎骨上施加三点力系的方式施加1.15-11.52 N·m共10组等距递增的弯曲载荷，模拟正常人姿势性脊柱后凸过程，分析载荷与Cobb角关系和弯曲载荷作用下胸椎、肋骨、椎间盘的生物力学响应。结果与结论：(1)姿势性脊柱后凸过程中，T₁-T₁₂节段Cobb角与载荷大小呈线性关系；(2)胸椎、肋骨和椎间盘上的最大应力随着载荷的增加而增加；(3)在11.52 N·m力矩作用下，胸椎、肋骨和椎间盘的最大应力分别出现在T₆椎骨的前侧、第10对肋骨的肋头处和T₅-T₆节段椎间盘的右后侧；(4)结果提示，姿...     

人体损伤撞击设备的研制及脊柱撞击伤模型的制备

撞击伤是交通事故中最常见的伤类，对撞击伤造成的人体损伤进行研究的最好方法就是通过一种模型来模拟交通事故中造成的伤害。通过调整各种参数，以不同方式，不同速度进行撞击实验，重现事故现场。本文介绍了利用生物力学原理，自制人体损伤撞击设备的研制过程和工作原理，结构特点。最后文章还介绍如何利用撞击机撞击脊柱标本模拟制备了脊柱撞击伤的模型。     

有限元分析在腰椎生物力学应用中的研究与进展

背景：有限元法运用数学形式概括脊柱的结构形状、材料性能、载荷边界条件等,通过改变其中任一参数以观察其对整个结构的影响。 目的：回顾性分析腰椎有限元模型的建立方法、有限元软件在腰椎生物力学中的应用以及有限元分析在腰椎植骨融合后临近节段活动度的改变及应力改变中的应用。 方法：由第一作者检索1990/2010年PubMed数据库及CNKI数据库有关有限元法在腰椎建模及腰椎不同植骨融合式对腰椎融合节段、临近节段应力改变影响等方面的文献。 结果与结论：有限元分析被越来越广泛的应用于医学,并成为其重要组成部分。在脊柱方面,有限元分析可以全面了解不同植骨融合术式及各种内固定对其生物力学改变的影响,从而可以改进植骨融合术式及优化内固定器械。但有限元毕竟属于理论性的分析,未来的研究应将其与动物实验及长期临床随访相结合,从而可以很好地预测手术远期疗效,并对并发症的预防具有重要临床意义。     

有限元分析法在口腔生物力学领域的应用

在口腔医学中存在着大量的生物力学问题,有限元法是对人体的力学行为进行数值模拟的一种有效工具,其在口腔生物力学中的应用越来越广泛。本文综述了有限元法在解决口腔生物力学问题中的研究进展,包括口腔正畸、口腔修复、口腔种植、口腔颌面外科等领域的力学性能评价。有限元法为研究口腔医学中的有关基础性问题、解决口腔医学中的临床实际问题、发展口腔临床技术手段提供了力学基础,为进一步研究口腔疾病治疗方法提供参考和借鉴。指出了有限元法在口腔生物力学中应用的不足以及三维模型重建和分析中需进一步改进和研究的问题。